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        汽車水浸后的安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思

        2013-04-12 01:49:12車志
        關(guān)鍵詞:汽車設(shè)計(jì)研究

        車志

        【摘 要】汽車水浸現(xiàn)象在汽車事故中愈趨常見(jiàn);而目前幾乎沒(méi)有汽車在水浸后,能提供一套有效的乘客保護(hù)系統(tǒng)或乘客逃生工具,造成車內(nèi)乘客窒息身亡等嚴(yán)重后果。本文對(duì)汽車水浸后的情景進(jìn)行分析,并在安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面提出作者的想法。

        【關(guān)鍵詞】汽車;水浸;安全防護(hù);設(shè)計(jì);研究

        0.引言

        隨著近幾年汽車數(shù)量的增加,汽車發(fā)生交通事故的案件快速上升,其中汽車掉入江河或受洪水淹沒(méi)等汽車水浸案件也逐漸增多。2012年7月,北京遭遇了61年一遇特大暴雨襲擊,而水災(zāi)過(guò)后,潛水員在京港澳高速南崗?fù)蓁F路橋下路段積水中就“摸”出了81輛汽車,還有大量淹沒(méi)的汽車有待營(yíng)救。 這次北京水災(zāi)只是冰山一角,世界范圍內(nèi)的水浸車現(xiàn)象不計(jì)其數(shù)。為此,在面對(duì)洪澇自然災(zāi)害或掉到江河的情景,我們除了依靠自身的力量破窗而出之外,還有沒(méi)有其它的方法呢?這就要從汽車本身的設(shè)計(jì)方面入手,進(jìn)一步完善汽車的被動(dòng)安全系統(tǒng)。

        1.設(shè)計(jì)目的

        汽車在水浸時(shí),由于自身的重力大于浮力,整車會(huì)逐漸下沉;同時(shí),水會(huì)從車廂通風(fēng)口及其它與外界相通的空隙處流入車廂內(nèi),而關(guān)閉的車窗和車門在車外水壓的作用下幾乎無(wú)法開啟,因而乘客無(wú)法迅速逃出而被困。要更好地保障車內(nèi)乘客的安全,設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到以下3個(gè)目的:

        (1)汽車在下沉過(guò)程開始時(shí)可以自動(dòng)開啟電動(dòng)車窗或天窗,為乘客提供逃生通道。

        (2)為汽車提供足夠的浮力,減慢其下沉速度,為乘客提供更多的逃生時(shí)間。

        (3)在汽車下沉后,為車內(nèi)乘客提供足夠的呼吸空氣,維持其生命等待救援。

        2.設(shè)計(jì)思路

        為了實(shí)現(xiàn)以上3個(gè)目的,我們可以設(shè)想對(duì)汽車進(jìn)行相應(yīng)的改裝或加裝必要的設(shè)備。設(shè)計(jì)思路是開環(huán)控制模式:傳感器→ECU控制器→執(zhí)行器,在這基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)自檢功能。

        2.1水浸傳感器選擇與布置

        水浸傳感器的作用是將“汽車已經(jīng)處于水浸的環(huán)境下”這樣一個(gè)信號(hào)發(fā)送到ECU控制器,為了防止誤觸發(fā)的發(fā)生,采用多個(gè)傳感器的布局方式。

        對(duì)于各種水浸方式的汽車,只要能確定車廂前部和尾部同時(shí)有水浸的情況發(fā)生的話,基本上都能得出“整車已經(jīng)被水浸”的結(jié)論。所以在右側(cè)儀表臺(tái)內(nèi)的空調(diào)進(jìn)風(fēng)口處安裝第一個(gè)傳感器,定義為右前水浸傳感器;在右后座椅與行李箱之間的隔板處安裝第二個(gè)傳感器,定義為右后水浸傳感器;在左后座椅與行李箱之間的隔板處安裝第三個(gè)傳感器,定義為左后水浸傳感器;最后一個(gè)水浸傳感器是安裝在左側(cè)儀表臺(tái)下方,定義為左前水浸傳感器,如圖1所示。

        圖1傳感器布局示意圖

        2.2 ECU控制器控制原理

        ECU控制器根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理并作相關(guān)的計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作對(duì)比,在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的范圍內(nèi)時(shí),控制器將向執(zhí)行器發(fā)出執(zhí)行信號(hào)。

        很多時(shí)候,由于下雨或洗車時(shí),單個(gè)或兩個(gè)傳感容易“不小心”向ECU發(fā)送水浸信號(hào),這就要求ECU具有準(zhǔn)確的判斷能力。在設(shè)計(jì)ECU控制器的程序時(shí),應(yīng)當(dāng)向傳感讀取的是“水流”信號(hào),而不是單純的“有水”信號(hào)。ECU的判定依據(jù)是以下條件之一:①右前水浸傳感器及右后、左后水浸傳感器三者同時(shí)發(fā)出信號(hào);②四個(gè)水浸傳感器同時(shí)發(fā)出信號(hào)。單獨(dú)某個(gè)傳感器發(fā)出信號(hào)時(shí)可判別為傳感器故障,并記錄故障碼。

        水對(duì)汽車電氣設(shè)備,特別是電控系統(tǒng)有極大的破壞作用,要保證ECU控制器在汽車水浸時(shí)能繼續(xù)準(zhǔn)確工作,那就要求控制器具有可靠的防水性,且安裝位置應(yīng)選擇在沾水可能性較低的地方,例如車身中上部;盡量避開車門車窗的接合縫處。

        2.3執(zhí)行器及控制電路原理

        2.3.1自動(dòng)開啟電動(dòng)車窗或天窗功能

        大部分汽車在發(fā)生嚴(yán)重正面碰撞時(shí),都具有車門自動(dòng)開鎖功能;同樣地,在ECU判斷出汽車水浸的結(jié)論后,向車窗或天窗電動(dòng)裝置發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào),使車窗或天窗以比平常更快的速度開啟,如圖2所示。

        圖2 自動(dòng)開啟電動(dòng)車窗或天窗電路示意圖

        2.3.2設(shè)計(jì)提供足夠的浮力

        從生活中的“救生圈”道理可知,要想使汽車在水浸時(shí)不會(huì)快速下沉,應(yīng)當(dāng)在車內(nèi)附加密度比水輕得多的材料而產(chǎn)生浮力;在這里,我使用固體物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體,讓氣體以一定速度充進(jìn)布置在車頂上的氣袋,增加汽車在水中的浮力。這與安全氣囊不同的是,它的充完氣速度不用很大,而且氣袋是密封的。

        2.3.3設(shè)計(jì)提供足夠的呼吸空氣

        據(jù)了解,在汽車水浸事故中,相當(dāng)一部分死者由于嗆水加上恐懼心理導(dǎo)致無(wú)法逃出車廂或是逃出車廂后因?yàn)闆](méi)有足夠呼吸空氣導(dǎo)致無(wú)力游上水面而溺水身亡。如果車內(nèi)放有一定容量的氧氣瓶供呼吸使用,可以減輕乘客的恐懼心理,又可以增長(zhǎng)乘客逃生的時(shí)間,大大減少死亡事故的產(chǎn)生。氧氣瓶容量不用很大,可以提供一個(gè)人20分鐘或半小時(shí)的呼吸空氣量即可,且安裝在中央扶手位置較為適宜。氧氣呼吸裝置可以參考深海作業(yè)用的氧氣瓶裝置。

        3.設(shè)計(jì)面對(duì)的問(wèn)題

        雖然這個(gè)安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以參考汽車其它系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理,而且從原理上來(lái)講也不算復(fù)雜,但實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)設(shè)計(jì),卻要考慮不少因素。主要的因素有:

        (1)制造成本。從空間位置來(lái)說(shuō),在車廂空間有限的條件下加裝這些傳感器、控制器、氣袋和氧氣呼吸裝置,會(huì)一定程度上加大了汽車的制造成本。從電子控制方面來(lái)說(shuō),控制器的硬件制造,特別是軟件的開發(fā)都直接提高了汽車的制造成本,這是不利的。

        (2)實(shí)用性。這一套系統(tǒng)只針對(duì)“汽車被水浸”這么一個(gè)單一的事故,實(shí)用范圍不大;同時(shí),系統(tǒng)設(shè)備會(huì)使汽車總質(zhì)量有所增大,帶來(lái)了燃油消耗量增大的問(wèn)題;消費(fèi)者未必能接受其帶來(lái)的購(gòu)買價(jià)格上漲;這給市場(chǎng)推廣帶來(lái)很大的困難。

        (3)可靠性。在“水浸車”事故中,水對(duì)電子控制系統(tǒng)的破壞力非常強(qiáng),在設(shè)計(jì)中要保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,在電源供給、電路安裝、ECU控制器制造及氣體發(fā)生器工作電路的設(shè)計(jì)都提出嚴(yán)格要求。

        (4)維修成本。系統(tǒng)的增加提高了汽車的故障率,使汽車增多了保養(yǎng)項(xiàng)目,從而增大車主的維修費(fèi)用,加重負(fù)擔(dān);這是很多車主不愿意接受的。

        以上四個(gè)因素是目前可以預(yù)測(cè)的;而實(shí)際開發(fā)過(guò)程中,還是遇到一些技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。針對(duì)成本等問(wèn)題,設(shè)計(jì)時(shí)可適應(yīng)選擇3項(xiàng)功能里的一項(xiàng)或兩項(xiàng)。

        4.結(jié)束語(yǔ)

        汽車上任何一項(xiàng)目功能的產(chǎn)生,都需要有一個(gè)過(guò)程,從最先的“想要有”到“可以有”,最后到“必須有”;同樣,汽車水浸后的安全防護(hù)系統(tǒng)也要經(jīng)歷這么一個(gè)過(guò)程。可能不是每個(gè)人或每個(gè)地區(qū)的消費(fèi)者都需要它,但在江河面積比例大的地區(qū),特別是洪澇災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū),我相信這項(xiàng)技術(shù)還是很有市場(chǎng)的。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]陳家瑞.汽車構(gòu)造(第3版).機(jī)械工業(yè)出版社.2009.

        [2]紀(jì)光蘭.汽車電器設(shè)備構(gòu)造與維修.機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

        [3]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版).機(jī)械工業(yè)出版社.2009.

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